【摘 要】
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高熵合金打破了传统合金以一种元素作为主元的壁垒,以四种或四种以上的元素作为主元。高熵合金特有的高混合熵抑制了金属间化合物的形成,导致单相固溶体结构。高熵合金的组成多元化使其还具有以下几种特性:高熵效应、缓慢的扩散效应、严重的晶格畸变和鸡尾酒效应。所以可以把高熵合金的设计理念应用到难熔高熵合金上,有目的地设计具有低密度、室温下保持高强度和良好的塑性、高温下具有较高的抗高温氧化和耐腐蚀性等优异性能的难
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高熵合金打破了传统合金以一种元素作为主元的壁垒,以四种或四种以上的元素作为主元。高熵合金特有的高混合熵抑制了金属间化合物的形成,导致单相固溶体结构。高熵合金的组成多元化使其还具有以下几种特性:高熵效应、缓慢的扩散效应、严重的晶格畸变和鸡尾酒效应。所以可以把高熵合金的设计理念应用到难熔高熵合金上,有目的地设计具有低密度、室温下保持高强度和良好的塑性、高温下具有较高的抗高温氧化和耐腐蚀性等优异性能的难熔高熵合金。本文根据高熵合金的设计理念,选择具有中等屈服强度（857MPa）、较好的压缩塑性（＞50%）的三元Nb Ti Zr为基,分别添加低密度金属元素Al和Cr。采用真空电弧熔炼技术制备合金体系AlxNb Ti Zr、CryNb Ti Zr和AlzCr0.2Nb Ti Zr,通过调整Al和Cr的含量,研究合金元素含量的变化对合金相结构、微观组织和力学性能的影响。结果表明:（1）系统研究了Al含量对AlxNb Ti Zr系高熵合金相结构、微观组织、密度和压缩性能的影响。随着Al含量的不同,合金的相结构发生了变化:即x=0-0.6时,合金相结构保持单相BCC固溶体结构,x=0.8-1.0时,合金相结构由BCC转变成为BCC+Zr5Al3相。随着x从0增加到1.0,密度从6.59下降到5.79g/cm~3。随着x从0.0增加到1.0,AlxNb Ti Zr系合金的压缩屈服强度从832MPa不断提高到1496MPa,而压缩断裂应变则从50%不断降低到2.4%。文中分析讨论了随着x的增加,AlxNb Ti Zr高熵合金硬度、强度提高和塑性降低,硬度、强度随Al含量增加而提高的机制主要包括:增强的原子间结合、提高的晶格畸变、增加的组元成分纳米尺度分布的不均匀性。（2）系统研究了Cr含量对CryNb Ti Zr系高熵合金相结构、微观组织、密度和压缩性能的影响。当y=0.2时,合金相为单相BCC固溶体;随着Cr含量的升高,合金体系中有Laves型Cr2Zr第二相的产生,且含量不断增多。随着y从0.2到1.0,合金的密度从6.62g/cm~3升高到6.73g/cm~3;屈服强度从1023MPa升高到1448MPa,压缩应变从39.2%降低到5.5%。分析讨论了在CryNb Ti Zr系高熵合金中随着y值的增加,强度提高、塑性降低是由于合金中固溶强化和第二相强化共同作用的结果。（3）研究了Al和Cr同时添加对AlzCr0.2Nb Ti Zr合金体系相结构、微观组织、密度和室温、高温压缩性能的影响。z=0.2-0.4时,合金均保持单相BCC固溶体结构,且两者的密度分别6.39g/cm~3和6.21g/cm~3。随着Al从0.2到0.4,合金室温压缩下的屈服强度从1397MPa升高到1535MPa,压缩塑性从13.2%下降到7.7%,其强度提高、塑性降低主要是由于固溶强化所引起的。Al0.2Cr0.2Nb Ti Zr和Al0.4Cr0.2Nb Ti Zr系难熔高熵合金高温下的压缩力学性能如下:在800℃下,两种高熵合金屈服强度分别226MPa和267MPa,断裂应变均大于50%;在1000℃下,两种高熵合金的屈服强度分别为181MPa和234MPa,断裂应变均大于50%。
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